Implementerar olika former av PID reglering. 

Bra att veta

I normalfallet används Pidobjekt tillsammans med ett Modeobjekt. Gäller även
CompPID och CompMode.
Modeobjektet spelar då rollen av interface till Pidobjektet. Från Modeobjektet är 
det möjligt att välja MANUAL, AUTO och CASCADE: 
 
   - Manual mod är en mod när regulatorns utsignal är tvångsstyrd till önskat 
     värde.   
   - Auto mod är en mod när regulatorns arbetar med internt börvärde från 
     modobjektet.
   
   - Cascade mod (kaskad) är en mod där regulatorns arbetar med ett externt
     börvärde, dvs modobjektets ingång XSetVal [XSV].
    

Regulatorn

Algoritmens proportionella term respektive derivata term kan baseras antingen på 
ärvärdet eller reglerfelet. 
PidAlg anger fördelningen.
Exempel: PI+D innebär att P-delen och I-delen verkar på regleravvikelsen, medan 
D-delen bara påverkas av ärvärdesförändringar. En stegändring av börvärdet ger 
inte någon spik från D-delen, utan bara en stegändring från P-delen, och sedan 
en integrering av reglerfelet.
I+P innebär på samma sätt att P-delen bara påverkas av ärvärdesförändringar. Vid 
en stegändring av börvärdet får vi inget steg på utgången. Utstyrningen ändras 
bara genom att det större reglerfelet börjar integrera utsignalen.

Vid P- och PD-algoritm används en absolut algoritm. Utsignalen kan då alltså inte 
ligga stabilt skilt från noll utan regleravvikelse, annat än om man använder en 
framkopplingssignal. Om flaggan PDAbsFlag sitter, så beräknas en offset i manuell mod,
så att vi får en stötfri övergång till auto.
Vid alla algoritmer med I-del delas utsignalen upp i två delar ned hjälp av masken WindupMask.
I-delen ingår alltid i OutWindup, medanBias, P-delen och D-delen kan tillhöra antingen OutWindup
eller AbsOut.
OutWindup begränsas av MinWindup och MaxWindup, vilket sätter flaggorna EndMin och EndMax.
Resten av utsignalen lagras i AbsOut, och total utsignal begränsas med MinOut och MaxOut
Man kan även stänga av integrereringen med en insignal till objektet.
 
Pid-objektet har två utgångar som båda kan användas som styrsignal. Vilken som 
används i det enskilda fallet beror på hur regleringen är ordnad: 
OUT (attributet OutVal ) innehåller ett värde som kan komma från regleralgoritmen,
från operatören i läge  MANUAL eller vara ett s.k. tvångsstyrningsvärde.
Signalen används för t ex varvtalsutstyrning, eller som börvärdesposition till 
ett ställdon.
OC (attributet OutChange ) anger hur ställdonet ska ändras mellan två successiva 
exekveringar.
I detta fall talar man om algoritmens 'velocity' eller 'incremental form'.
Detta är användbart för ställdon som bara har öka- och minska-signaler, utan 
lägesåterföring. Används då normalt med INC3P-objektet, som integrerar 
förändringarna och omvandlar till tid för öka resp minska.
OutChange fortsätter att ge signal, även OutVal bottnat i MinOut eller MaxOut.

Derivata termen filtreras internt med 1:a ordningens filter. Filtreringen kopplas 
bort genom att sätta DerGain = 0, men regleringen blir då ofta mycket störkänslig.
Normalt är DerGain ca 3, vilket innebär att utsignalen påverkas momentant 3 ggr 
så mycket av derivatadelen som av P-delen. Derivatatillskottet smetas sedan ut 
över tiden, så att det totala integrerade tillskottet blir lika stort som den 
skulle bli utan filtrering.
 
En framkopplingssignal, Bias, kan inkluderas i algoritmen genom en ingångssignal 
till objektet. Förstärkning framkoppling anges med BiasGain.

Regulatorns utsignal OutVal är uppdelad i två delar, OutWindup och AbsOut.
I-delen innefattas alltid i OutWindup. Med WindupMask kan man styra även Bias,
P-delen och D-delen till OutWindup.
OutWindup, begränsas till intervallet { MinWindup, MaxWindup }. Det innebär att 
man kan tappa det stabila läget vid en orolig reglering, speciellt vid inkopplad 
D-del. Om man sätter flaggan WindupMask till BIP, så tar man bort D-delens inflytande 
på OutWindup. Man kan även sätta den till BI eller I för att ta bort P-delen och
Bias från OutWindup.
Den totala utsignalen OutVal begränsas till intervallet { MinOut , MaxOut }.

Exempel: Vi har en ganska orolig flödesreglering (utsignal 0-100 %) och reglerar 
nära maxvarvet för pumpen. WindupMask = BPID. Vi behöver styra ut i snitt 98 % för 
att nå önskat börvärde. Utsignalen fladdrar ca +- 5 % pga störningar. 
Om MaxWindup är 100 %, så innebär det att regulatorn bottnar regelbundet. Utsignalen 
kommer då att svänga mellan 90 och 100 % med en medelutsignal på ca 95%, och vi når inte önskat 
börvärde.
Lösning: Sätt WindupMask till I eller BI. Störningarna kommer inte att  påverka MaxWindup.

För en servoventil med positionsreglering, kan man vilja ha en långsam I-del för läckagekontroll,
begränsad till +- 20 %. Sätt WindupMask till I eller BI.
Sätt MinWindup = -20% och MaxWindup till +20%, MinOutput = -100 %, MaxOutput = 100 %
EndMin och EndMax kan användas för läckagelarm.


Regulatorn har stötfri omkoppling AUTO / MANUAL och efter annan tvångsstyrning av 
regulatorn.
Dock ej vid P- eller PD-reglering, om man har PDAbsFlag satt.
 
EXEMPEL 1

Exempelkurvor för att visa P- och Delens inverkan vid olika typinställningar. 
Insignal steg och ramp.

Övre delen:
Brun kurva.  Ärvärde (samma som P-del från regulatorn). Steg samt ramp.
Lila kurva.  Utsignal från PD med Kp = 1, DerTime = 10s, DerGain = 3.

Nedre delen -  D-del från regulatorn.
Grön kurva.  DerTime = 10s. Ingen filtrering (DerGain = 0). Notera spiken vid 
             stegändringen.
Gul kurva.   DerTime = 10s. Filtrerad D-del DerGain = 3.
Blå kurva.   DerTime = 20s. Filtrerad D-del DerGain = 3.


EXEMPEL 2 för att visa skillnaden mellan PID, PI+D och I+PD vid återkopplat
system och stegförändring av börvärdet:

I+PD (uppe till vänster) börjar sakta integrera upp styrsignalen vid stegändring.
PI+D (uppe till höger) ger ett stegsvar som medför att vi får en snabbare 
     reglering till nya börvärdet.
PID  (nere till vänster) ger en kort spik vid stegändringen. Denna regulator har 
     MaxOut = 500%
PID  (nere till höger) är identisk med föregående, men har MaxOut = 100%, vilket 
     ger "bakvänt" resultat. P ger ca 30 % upp, D ger en spik på ca 90 % Totalt ca 
     155 % Regulatorn bottnar i 100 % utsignal, och när vi sedan tar bort D-spiken 
     på 90 % får regulatorn börja om från 10 % utsignal.

Exempel

Flödesreglering

Flödesreglering med varvtalsreglerad pump; se figur nedan (Speed Control of 
a Pump). 

- Börvärde sätts från externt optimeringsprogram (Av-signalen OptFlow) t.ex 
  1 gång / 10 min eller direkt av operatör. 
- Börja med styrsignalen 0 vid pumpstart. 
 

Speed Control of a Pump 

En principlösning för styrning av den varvtalsreglerade pumpen visas i figuren
nedan (Configuration of Speed Control of a Pump) 

 

Configuration of Speed Control of a Pump 

Mode-objektets attribut modifieras enligt följande: 

 
Pid-objektets attribut modifieras enligt följande: 

 
Insignalen på fo1-ingången tillsammans med OpMod-attributet i Mode-objektet 
bestämer aktuellt driftfall. 

  Då Mode-objektets for-utgång blir TRUE tvingas Pid-objekt utgång
  anta värdet på FOV-ingången.

  Vid ändring av driftläge, AUTO --> MANUAL, innehåller ForcVal styr-
  signalens ( OutVal ) senaste värde. Detta är ett bra värde att starta
  manuella ändringar utifrån.

  I detta driftläge kan operatören ändra ForcVal liksom börvärdet SetVal.
  MinOut och MaxOut, i Pid-objektet, utgör ingen begränsning i läge
  MANUAL. 

  Operatören sätter flödesbörvärdet SetVal. Värdet ska ligga i intervallet
  MinSet till MaxSet. Optimeringsbörvärdet XSetVal ignoreras.

  Regulatorns styrsignal, OutVal varierar i intervallet MinOut till
  MaxOut.

  Mode-objektet avläser Pid-objektets OutVal och lagrar värdet i
  utgången ForcVal så länge AUTO gäller. 

  Det externa optimeringsbörvärdet i XSetVal kopieras över till SetVal.
  Pid-objektet reglerar mot detta börvärde.

  Oberoende av värdet på OpMod tvångsstyrs regulatorns styrsignal till
  ForcVal = XForcVal (=0), dvs MinOut och MaxOut utgör ingen
  begrgänsning vid tvångsstyrning.

Alternativa regulatorer med följning

Shunt Control 

Genom shuntreglering över värmeväxlaren, skall TT1-temperaturen hållas 
konstant i sekundärnätet. TT2-temperaturen på returflödet till pannan ('BOILER') 
får dock inte understiga daggpunkttemperaturen vilket skulle kunna ske vid stora 
effektuttag. 

Vid låg primärtemperatur väljs TT2-reglering. Då driftsförhållanden medger sker 
återgång till TT1-reglering. 

I läge MANUAL sker styrningen med TT1-regulatorn. TIC2 får ej läggas i MANUAL. 
Se figur nedan (PLC program with Alternative Controllers). 

Inställningar 

... i Mode-objektet TIC1M har valts: 

- AccMod = 3 , dvs AUTO / MANUAL är båda tillåtna. 
- OpMod = AUTO, betyder att operatören sätter SetVal
        = MANUAL, betyder att operatören sätter utsignalen ForcVal 

... i Pid-objektet TIC1 har valts: 

- Inverse = TRUE, dvs. låg TT1-temperatur medför ökat flöde genom värmeväxlaren. 

... i Mode-objektet TIC2M har valts: 

- AccMod = 2 , dvs. endast AUTO 
- Konstruktören sätter gränsvärdet, dvs minvärdet av TT2, i SetVal 

... i Pid-objektet TIC2 har valts: 

- Inverse = FALSE, dvs. omvänt styringrepp, vid låga TT2-temperaturer minskar 
  flödet genom värmeväxlaren, by-pass flödet ökar. 
  

PLC program with Alternative Controllers 

Driftfall: 

- Normal drift. TIC1 i AUTO. TIC2 följer i tvångsstyrning. 
- TT2 låg. TIC1 väljer i tvångsstyrning. 
- TIC1M i MANUELL. TIC1 ställer ut operatörens värde från TICM. ForcVal . 
- TIC2 följer i tvångsstyrning. 
- TIC2 återgår till AUTO då TT2 går under gränsen 
- Flödet genom värmeväxlaren är tillräckligt för att TT1-temperaturen ska gå 
  över börvärdet. Växla till TT1-reglering, dvs TIC1 styr shuntventilen. 

Kaskad reglering

Temperaturreglering i ugn med två separata bränsleflödesloopar, med undantag 
för förbränningsluftregleringen, visas i figuren nedan. TT avser en temperatur 
transmitter, FT flödes transmittrar och FIC flödesregulatorer. TIC är en 
temperatur regulator 
 

Block Diagram for Temperature Control 

Alla Pid-objekt har Inverse satt till TRUE. Lösningen bör kompletteras med 
tvångsstyrning av TIC1M till medelflöde då ingen FICx ligger i kaskad. En 
realiseringen visas i figuren nedan (Traditional Cascade Configuration). 

Traditional Cascade Configuration 

Gemensam eller individuell styrning av flera reglerloopar

I figuren nedan (Two Levels with Mode Objects in a Control Loop) delar två 
reglerloopar en gemensamma mode-instans för synkront uppträdande i AUTO och 
MANUAL. Men varje enskild loop kan också styras individuellt från separata 
Mode-objekt med internt börvärde och egen manuell utsignal. Den individuella 
styrningen överrider den gemensamma. 

Two Levels with Mode Objects in a Control Loop 

Kvotreglering ('ratio control')

Figuren nedan (Addition of a Reagent) visar tillsats av en reagens. 
Blandningsförhållandet ska hållas konstant oberoende av FT2-flödet. FT är 
flödestransmittern och FIC flödesregulatorn. 

Addition of a Reagent 

En realisering visas i figuren nedan (Ratio Control). Regleringen kan ske i 
AUTO (= operatören ger kvotbörvärde) eller MANUAL ( = operatören ger själv 
utsignalens storlek). Kvotärvärdet bör kontrollers för att förhindra division 
med noll. 
 

Ratio Control 

• Mode
• CompPID

Ärvärdet (PROCess VALue). 

Börvärdet (SETpoint VALue). Ingången kopplas ofta till motsvarande utgång 
på det associerade Mode-objektet. 

Framkopplingsvärdet ( 'feed forward value'). Attributet kan ändras från Pid - 
objektets MERbild. 

Tvångsstyrningsvärdet. Då Force är TRUE sätts OutVal = ForcVal . Ingången 
kopplas ofta till motsvarande utgång på det associerade Mode-objektet. 

Anger om något av alternativen tvångsstyrning / MANUAL gäller eller ej. 
FALSE betyder att inget av dessa alternativ är förhanden; TRUE innebär att 
antingen tvångsstyrning eller MANUAL valts. Ingången kopplas ofta till 
motsvarande utgång på det associerade Mode-objektet. 

Anger om integrationen kopplats bort eller ej. FALSE betyder att 
integrationstermen ska vara med; TRUE innebär att integrationen kopplats 
bort. Attributet kan ändras från Pid-objektets MERbild. 

Regulatorns syrsignal. Värdet baseras på algoritmens 'positional form', från 
operatören i läge MANUAL eller på ett s.k. tvångsstyrningsvärde. 

Regulatorns syrsignal baserad på 'incremental form', eller förändring i styrsignalen
vid 'positional form'.
Attributet avser styrsignalsförändringen mellan två konsekutiva exekveringar; 
dvs. OutVal t - OutVal t-1 . 

Reglerfelet (= ProcVal - SetVal ). 

Se EndMin

Om beräknat värde på OutWindup inte tillhör intervallet { MinWindup , MaxWindup } ska 
begränsning ske till motsvarande intervallgräns. Attributet anger om sådan 
begränsning skett vid den senaste exekveringen eller ej. 

Om begränsning görs mot 

-- MinWindup , ska EndMin sättas TRUE
-- MaxWindup , ska EndMax sättas TRUE 

annars är de FALSE. 

EndMin / EndMax kan endast sättas i driftläge AUTO och CASCADE. Se 
också EndHys nedan. 

Det finns åtskilliga diskreta variationer av PID algoritmen. PidAlg anger det 
aktuella valet. Följande realiseringar finns att välja mellan: 

1 -- I I-regulator. Regulator med endast I-verkan.
Gain används inte.

3 -- I + P Integrerande regulator med proportionell regler-
verkan. P-termen baseras på ärvärdet ProcVal.

6 -- P P-regulator. Ger endast proportionell reglerverkan.

7 -- PI PI-regulator. Regulator som ger proportionell och
integrerande reglerverkan.
P-termen baseras på reglerfelet ControlDiff.

11 -- I + PD Integrerande regulator med proportionell deriverande
reglerverkan.
Både P- och D-termen baseras på ärvärdet ProcVal.

14 -- P + D Proportionell regulator med deriverande reglerverkan.
P baseras på reglerfelet, D på ärvärdet.

15 -- PI + D Proportionell integrerande regulator med deriverande
reglerverkan. P-termen baseras på reglerfelet ControlDiff,
D på ärvärdet value.

30 -- PD PD-regulator. Regulator som ger proportionell och
deriverande reglerverkan.
Både P- och D-termen baseras på reglerfelet.

31 -- PID PID-regulator. Regulator som ger proportionell
integrerande och deriverande reglerverkan. Både P- och
D-termen baseras på reglerfelet.

Proportionalitetsfaktorn. Anger förstärkningen; = 0.

Värdet kan ändras från Pid-objektets MERbild. 

Anger, i sekunder, integrationstiden.

Värdet kan ändras från Pid-objektets MERbild. 

Anger deriveringstiden i sekunder.

Normalt gäller att DerTime är större än ScanTime och
1.0 = DerGain <  

Derivatatermens bidrag till styrsignalen kan filteraras i ett 1:a ordningens filter. 
Attributet definierar filtret. Om,
1.0 = DerGain <  , annars ingen filtrering 

DerGain är normalt i storleksordningen 3 till 4. 

Värdet kan ändras från Pid-objektets MERbild. 

Anger om reglerverkan ska ske inverterat eller ej. FALSE betyder att ett vid 
oförändrat börvärde spontant växande ärvärde möts av en ökande styrsignal, 
dvs. omvänd reglerverkan. TRUE är normalfallet, då ett spontant ökande 
ärvärde möts med en minskande styrsignal. 

Anger framkopplingens förstärkning; faktorn får vara negativ.

Värdet kan ändras från Pid-objektets MERbild. 

Anger att utsignalen beräknas direkt med regleravvikelsen.
Vid nollvärde beräknas en offset i manuell mod, så att vi får stötfri övergång till auto. 

Möjliga värden är:
1  -- I		Bara I-delen begränsas i OutWindup
2  -- BI	I-delen och Bias begränsas i OutWindup
4  -- BIP	Också P-delen begränsas i OutWindup
8  -- BIPD	Hela utsignalen, även D-delen begränsas i OutWindup

I driftläge AUTO och CASCADE ska den utställda styrsignalen OutWindup vara i 
intervallet { MinWindup , MaxWindup }. Flaggorna EndMin / EndMax används för att 
signalera då begränsning sker.
Om OutWindup är större än MaxWindup eller mindre än MinWindup , begränsas OutWindup 
till värdet av motsvarande intervallgräns.
Om MinWindup >= MaxWindup sker ingen begränsning. 

Se MinOut

I driftläge AUTO och CASCADE ska den utställda styrsignlaen OutVal vara i 
intervallet { MinOut , MaxOut }.
Om OutVal är större än MaxOut eller mindre än MinOut , begränsas OutVal 
till värdet av motsvarande intervallgräns.
Om MinOut >= MaxOut sker ingen begränsning. 

Se MinOut

Anger hysteresen på MinOut och MaxOut i samband med manövreringen av 
EndMin / EndMax flaggorna. 

Skalområdets nedre gräns vid presentation av ProcVal och SetVal i 
Pid-objektets objektbild. 

Värdena kan ändras från Pid-objektets MERbild. 

Skalområdets övre gräns vid presentation av ProcVal och SetVal i 
Pid-objektets objektbild. 

Värdena kan ändras från Pid-objektets MERbild. 

Anger ingenjörsenheten på SetMinShow / SetMaxShow , t.ex. meter. Används 
i Pid-objektets objektbild. 

 Specifies the number of characters displayed after the decimal point
 for set value and process value in the object graph.

Skalområdets nedre gräns vid presentation av OutVal i Pid-objektets 
objektbild. 

Värdena kan ändras från Pid-objektets MERbild. 

Skalområdets övre gräns vid presentation av OutVal i Pid-objektets 
objektbild. 

Värdena kan ändras från Pid-objektets MERbild. 

Anger ingenjörsenheten på OutMinShow / OutMaxShow , t.ex. %. Används i 
Pid-objektets objektbild. 

 Specifies the number of characters displayed after the decimal point
 for output value in the object graph.

 Specifies time range for the trends in the object graph.

Programcykeltid i sekunder. Initieras automatiskt vid kompilering. 

Ej implementerad funktion. Anger operatörens behörighet att ändra värde på 
Gain resp. IntTime . Följande behörigheter är möjliga: 

0 -- Ingen ändring tillåten
? 0 -- ändring tillåten. 

Ej implementerad funktion. Anger operatörens behörighet att ändra värde på 
Gain resp. IntTime . Följande behörigheter är möjliga: 

0 -- Ingen ändring tillåten
? 0 -- ändring tillåten. 

Ej implementerad funktion. Anger operatörens behörighet att ändra värde på 
DerTime. Följande behörigheter är möjliga: 

0 -- Ingen ändring tillåten
? 0 -- ändring tillåten. 

Ej implementerad funktion. Anger operatörens behörighet att ändra värde på 
DerGain . Följande behörigheter är möjliga: 

0 -- Ingen ändring tillåten
? 0 -- ändring tillåten. 

Ej implementerad funktion. Anger operatörens behörighet att ändra värde på 
Bias. Följande behörigheter är möjliga: 

0 -- Ingen ändring tillåten
? 0 -- ändring tillåten. 

Ej implementerad funktion. Anger operatörens behörighet att ändra värde på 
BiasGain . Följande behörigheter är möjliga: 

0 -- Ingen ändring tillåten
? 0 -- ändring tillåten. 

Minsta tillåtna värde vid operatörsändring av Gain. 

Största tillåtna värde vid operatörsändring av Gain. 

Minsta tillåtna värde vid operatörsändring av IntTim. 

Största tillåtna värde vid operatörsändring av IntTim. 

Minsta tillåtna värde vid operatörsändring av DerTim . 

Största tillåtna värde vid operatörsändring av DerTim . 

 The minimum and maximum allowed value of DerGain at
 changes made by an operator.

Minsta tillåtna värde vid operatörsändring av Gain . 

Största tillåtna värde vid operatörsändring av Gain . 

Minsta tillåtna värde vid operatörsändring av BiasGain . 

Största tillåtna värde vid operatörsändring av BiasGain . 

Anger fullständigt namn på det med Pid-objektet associerade Mode-objektet. 
Attributet gör det möjligt att via knapp i Pid-objektets objektbild starta 
objektbilden för det associerade Mode-objektet. 

Filtrerad derivata sparas till nästa exekevering. 

Offset beräknas i manuell mod, och används vid P och PD-algoritm 
för att få stötfri övergång till auto. 

Utsignal som begränsas av MinWindup och MaxWindup

Utsignaldel som ligger utanför OutWindup